CN102983634A - 车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，包括：通过传感器采集供电网的第一交流电压和第一直流电压；将第一交流电压与基准电压综合，确定设备投入的第一判断电压和第二判断电压；将第一直流电压与第一判断电压进行比较，当直流电压大于第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量；通过传感器采集经过电容储能单元吸收后的供电网的第二直流电压；将第二直流电压与第二判断电压进行比较，当第二直流电压大于第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量。本发明既节能又环保、既减少转换损耗又提高电能质量，且能保证直流系统供电电压的相对稳定。

Description

车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法

技术领域

本发明涉及车辆再生制动能量的吸收方法，更具体的说涉及一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法。

背景技术

一般城市轨道交通车辆上设置了再生制动、电阻制动和空气制动。车辆制动时，首先采用再生制动方式，将机械能转换为电能返回到牵引网系统，如果这时没有其他车辆吸收再生制动发出的电能，车辆只能采用电阻制动的方式，将车辆再生的动能通过电阻转化为热能。车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将车辆电阻制动的热量排出车站外。这种制动方式在地铁车辆上设置了制动电阻。车载制动电阻使车辆的结构复杂，自重增加。车载制动电阻自重大，在车辆启动时需要消耗电能，在车辆电阻制动时，也需要将其本身的动能转化为热能排出。

为了提高运营安全，解决车载电阻带来的上述问题，目前地铁、轻轨建设，车体上不再设置制动电阻，而采用地面制动电阻、地面逆变吸收等再生制动能量吸收方式，将设备设置在牵引变电所内，制动产生的再生电能首先通过相邻车辆吸收利用，再生能量利用不完时，通过牵引变电所设置的再生能量吸收装置来吸收再生制动产生的多余能量。这种设置方式取得了良好的效果，减轻了车辆轴重，增加了载客量，同时减少了隧道通风量。但无论制动电阻放在车体还是变电所内，其结果都是动能转化为电能，再经过电阻发热逸散掉，这与节能、环保的时代主题是相悖的，对于轨道交通运营部门也是极为不经济的一种处理方式。而逆变能量吸收方式，就是将电能回收，为其他用电负荷所用，尽管此方式节能效果明显，但其谐波大、功率因数低及损耗大。世界各轨道交通发达的国家，都在积极探讨制动能量的利用模式，国内已完成将制动能量逆变回馈至车站AC400V电网，供常规负荷使用，而在逆变容量不足时，利用电阻消耗装置作补充的方式。也在开发逆变至中压环网的地面吸收设备。

由于电容储能设备具有充放电速度快，无损耗转换，对电网无谐波影响，功率因数高等优点，但由于纯电容吸收技术占用设备空间大、电容使用寿命短等。为此，如何合理配置电容储能吸收功率和利用逆变回馈吸收给予补充是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，既节能又环保、既减少转换损耗又提高电能质量，且能保证直流系统供电电压的相对稳定。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，包括：

通过传感器采集供电网的第一交流电压和第一直流电压；

将所述第一交流电压与基准电压综合，确定设备投入的第一判断电压和第二判断电压；

将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量；

通过传感器采集经过电容储能单元吸收后的供电网的第二直流电压；

将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量。

优选地，所述将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量具体为：

所述电容储能单元由DC/DC变换器、超级电容和辅助放电回路构成，根据吸收能量的大小，通过DC/DC变换器调节，实现对电容储能。

优选地，所述将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量具体为：

所述逆变回馈吸收单元由逆变模块、交流滤波、交流接触器及隔离变压器构成，通过SPWM调制，实现将再生电能回馈至400V或中压环网系统。

优选地，所述方法还包括：

通过传感器采集经过电容储能单元和逆变回馈吸收单元吸收后的供电网的第三直流电压；

将所述第三直流电压与所述基准电压进行比较，当所述第三直流电压低于所述基准电压时，所述电容储能吸收单元向电网释放电能。

优选地，所述电容储能吸收单元向电网释放电能具体为：

调节所述DC/DC变换器，电容储能吸收单元向电网释放电能。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，在在再生制动工况下，能够以保证直流系统供电电压的相对稳定为核心，合理控制电容及逆变的吸收能量，提供一种既节能又环保、既减少转换损耗又提高电能质量的混合型再生制动吸收方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法流程图；

图2为本发明公开的另一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法流程图；

图3为本发明公开的主电路电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，既节能又环保、既减少转换损耗又提高电能质量，且能保证直流系统供电电压的相对稳定。

如图1所示，一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，包括：

S101、通过传感器采集供电网的第一交流电压和第一直流电压；

S102、将所述第一交流电压与基准电压综合，确定设备投入的第一判断电压和第二判断电压；

S103、将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量；

S104、通过传感器采集经过电容储能单元吸收后的供电网的第二直流电压；

S105、将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量。

具体的，如图3所示为实施本发明方法的主电路拓扑图，由开关滤波单元、电容储能吸收单元、逆变回馈吸收单元三部分组成。开关滤波单元主要执行设备的投入与退出、直流滤波减少谐波分量；电容储能吸收单元由DC/DC变换器、超级电容、辅助放电回路构成。根据吸收能量的大小，通过DC/DC变换器调节，实现对电容储能；逆变回馈吸收单元由多逆变模块、交流滤波、交流接触器及隔离变压器构成。当电容储能吸收不能完全将车辆再生能量吸收时，逆变回馈吸收投入，通过SPWM调制，实现将再生电能回馈至400V或中压环网系统。

具体的，用传感器采集供电网的交流、直流电压；

系统设置了两级投入基准电压信号，将采集的交流电压信号与系统设置的基准电压综合后作为设备投入的判断电压，然后与检测到的直流电压信号进行比较；

当直流电压传感器检测到的电压信号大于第一投入判断电压时，说明在线车辆处于再生制动状态，设备将电容储能吸收单元投入，能量吸收的多少将依据直流电压状况，通过DC/DC变换器调节。如果电容储能吸收达到最大值，直流电网电压仍在一步抬高，当直流电压传感器检测到的电压信号大于第二投入判断电压时，逆变吸收单元投入，将再生制动的多余能量通过逆变成交流电压回馈至交流电网。

作为单一的电容或逆变吸收控制，其技术比较好处理。但是作为混合吸收，电容储能吸收是直-直变换系统，而逆变回馈吸收是直-交变换系统，要求两个不同控制方式之间不能出现相互干扰，不能影响交直流电网的稳定，本匹配控制方法如下：

当直流电压信号大于第一投入判断电压时，电容储能吸收单元投入。系统根据车辆再生能量的大小，通过DC/DC变换器进行定频调宽的方式调节储能能量，直至调节到最大，此后，系统维持最大调节宽度不变。

由于系统维持了电容吸收的最大调节宽度不变，如果此时车辆再生能量还在增大，必将引起直流电网电压的进一步抬高，当直流电压信号大于第二投入判断电压时，逆变吸收单元投入。系统根据车辆再生能量的大小，通过DC/AC逆变器进行SPWM方式调节逆变能量，回馈至交流电网。

防止再生能量变化时造成对交-直流电网的冲击，逆变投入后，其吸收能量的大小依据电网电压的变化进行调节，但退出的判断电压将低于逆变投入时的判断电压⊿U，以防止逆变频繁投入，保证交-直流电网的稳定。

为了防止相互干扰，本发明引入电压平均值判断投入概念。即两套吸收方式同时投入后，由于调制的原因，可能造成电网电压波动，为此，采取对电网电压的n次采集并取其平均值作为系统的调制值，可以避免两套吸收方式的反复投入和退出，确保其配合调节，防止相互干扰。

电容储能吸收是一种无损耗吸收方式，但是由于地铁和轻轨再生制动时的短时能量比较大，如果只是依靠电容吸收，将使得设备体积庞大、造价昂贵；同时考虑电容的使用条件和寿命，在大容量吸收的条件下，采用单一的电容吸收是不合理的，为此，本发明中采用了电容-逆变混合吸收方式。考虑到合理的造价和设备体积，考虑到电容的充放电次数、充放电深度对电容使用寿命的影响，合理选择功率很重要。为此我们选择电容的吸收容量为正常运营中的80%车辆再生制动能量，20%及少量出现的大再生制动能量则依靠逆变回馈吸收。

本发明还公开了一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，如图2所示，包括：

S201、通过传感器采集供电网的第一交流电压和第一直流电压；

S202、将所述第一交流电压与基准电压综合，确定设备投入的第一判断电压和第二判断电压；

S203、将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量；

S204、通过传感器采集经过电容储能单元吸收后的供电网的第二直流电压；

S205、将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量；

S206、通过传感器采集经过电容储能单元和逆变回馈吸收单元吸收后的供电网的第三直流电压；

S207、将所述第三直流电压与所述基准电压进行比较，当所述第三直流电压低于所述基准电压时，所述电容储能吸收单元向电网释放电能。

具体的，在上述实施例的基础上，车辆再生制动结束后，吸收设备停止工作，此时储能电容中储存了一定的电能。一旦车辆转为牵引启动加速时，直流电网电压低于其空载电压值，设备系统检测到该电压后，调节DC/DC变换器，使其处于升压调制状态，将电容中储存的电能释放到直流电网，直到调节脉宽达到预定设置值，表示电容中储存的能量释放到了最低允许值，系统停止工作。

具体的，由直流电网电压检测传感器检测直流电压，将检测到的直流电压与系统设置基准值进行比较，当直流电压低于基准值时，系统启动DC/DC变换器进行调节，电容储存的电能对电网释放。

当DC/DC变换器脉宽调节到预定设置值后，系统判断为电容中的能量已释放到了极限，设备停止工作，系统处于等待下一次吸收状态。

本发明采用车辆再生制动地面电容-逆变混合吸收方式，将再生能量依靠电容储能方法最大限度地吸收，在车辆转为启动加速工况时，电容上存储的能量迅速回馈到直流电网。正是由于电容的“高吸低回”作用，大大的改善车辆制动和启动工况下对电网的冲击。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，其特征在于，包括：

通过传感器采集供电网的第一交流电压和第一直流电压；

将所述第一交流电压与基准电压综合，确定设备投入的第一判断电压和第二判断电压；

将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量；

通过传感器采集经过电容储能单元吸收后的供电网的第二直流电压；

将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量。

2.根据权利要求1所述的车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，其特征在于，所述将所述第一直流电压与所述第一判断电压进行比较，当所述直流电压大于所述第一判断电压时，投入电容储能吸收单元吸收能量具体为：

所述电容储能单元由DC/DC变换器、超级电容和辅助放电回路构成，根据吸收能量的大小，通过DC/DC变换器调节，实现对电容储能。

3.根据权利要求2所述的车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，其特征在于，所述将所述第二直流电压与所述第二判断电压进行比较，当所述第二直流电压大于所述第二判断电压时，投入逆变回馈吸收单元吸收能量具体为：

所述逆变回馈吸收单元由逆变模块、交流滤波、交流接触器及隔离变压器构成，通过SPWM调制，实现将再生电能回馈至400V或中压环网系统。

4.根据权利要求1所述的车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，其特征在于，还包括：

通过传感器采集经过电容储能单元和逆变回馈吸收单元吸收后的供电网的第三直流电压；

将所述第三直流电压与所述基准电压进行比较，当所述第三直流电压低于所述基准电压时，所述电容储能吸收单元向电网释放电能。

5.根据权利要求4所述的车辆再生制动能量电容-逆变吸收方法，其特征在于，所述电容储能吸收单元向电网释放电能具体为：

调节所述DC/DC变换器，电容储能吸收单元向电网释放电能。

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